Complejidades NULL – Parte 4, Restricción única estándar faltante

"Una restricción única en T se cumple si y solo si no existen dos filas R1 y R2 de T de modo que R1 y R2 tengan los mismos valores no NULL en las columnas únicas".

Por lo tanto, una tabla T con una restricción única en col1 permitirá múltiples filas con NULL en col1, pero no permitirá múltiples filas con el mismo valor no NULL en col1.

Lo que es un poco más complicado de explicar es lo que sucede de acuerdo con el estándar con una restricción única compuesta. Digamos que tiene una restricción única definida en (col1, col2). Puede tener varias filas con (NULL, NULL), pero no puede tener varias filas con (3, NULL), al igual que no puede tener varias filas con (1, 100). Del mismo modo, no puede tener varias filas con (NULL, 300). El punto es que no puede tener varias filas con los mismos valores no NULL en las columnas únicas. En cuanto a una clave externa, puede tener cualquier cantidad de filas en la tabla de referencia con NULL en todas las columnas de referencia, independientemente de lo que exista en la tabla de referencia. Estas filas no están relacionadas con ninguna fila de la tabla a la que se hace referencia (relación opcional). Sin embargo, si tiene algún valor no NULL en cualquiera de las columnas de referencia, debe existir una fila en la tabla a la que se hace referencia con los mismos valores no NULL en las columnas a las que se hace referencia.

Suponga que tiene una base de datos en una plataforma que admite la restricción única estándar y necesita migrar esa base de datos a SQL Server. Puede enfrentar problemas con la aplicación de restricciones únicas en SQL Server si las columnas únicas admiten valores NULL. Los datos que se consideraban válidos en el sistema de origen pueden considerarse no válidos en SQL Server. En las siguientes secciones, exploraré una serie de posibles soluciones en SQL Server.

Solución 1, usar índice filtrado o vista indexada

Una solución común en T-SQL para hacer cumplir la funcionalidad de restricción única estándar cuando solo hay una columna de destino involucrada es usar un índice filtrado único que filtra solo las filas donde la columna de destino no es NULL. El siguiente código elimina la restricción única existente de T3 e implementa dicho índice:

ALTER TABLE dbo.T3 DROP CONSTRAINT UNQ_T3;
 
CREATE UNIQUE NONCLUSTERED INDEX idx_col1_notnull ON dbo.T3(col1) WHERE col1 IS NOT NULL;

Dado que el índice filtra solo las filas donde col1 no es NULL, su propiedad ÚNICA se aplica solo en los valores de col1 que no son NULL.

Recuerde que T3 ya tiene una fila con NULL en col1. Para probar esta solución, use el siguiente código para agregar una segunda fila con NULL en col1:

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(NULL, 400);

Este código se ejecuta correctamente.

Recuerde que T3 ya tiene una fila con el valor 1 en col1. Ejecute el siguiente código para intentar agregar una segunda fila con 1 en col1:

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(1, 500);

Como era de esperar, este intento falla con el siguiente error:

Utilice el siguiente código para consultar T3:

SELECT * FROM dbo.T3;

Este código genera el siguiente resultado que muestra dos filas con NULL en col1:

col1        col2
----------- -----------
1           100
2           -1
NULL        -1
3           300
NULL        400

Esta solución funciona bien cuando necesita hacer cumplir la unicidad en una sola columna y cuando no necesita hacer cumplir la integridad referencial con una clave externa que apunte a esa columna.

El problema con la clave externa es que SQL Server requiere una clave principal o una restricción única o un índice único no filtrado definido en la columna a la que se hace referencia. No funciona cuando solo hay un índice filtrado único definido en la columna a la que se hace referencia. Intentemos crear una tabla con una clave externa que haga referencia a T3.col1. Primero, use el siguiente código para crear la tabla T3:

DROP TABLE IF EXISTS dbo.T3FK;
GO
 
CREATE TABLE dbo.T3FK
(
  id INT NOT NULL IDENTITY CONSTRAINT PK_T3FK PRIMARY KEY,
  col1 INT NULL, 
  col2 INT NULL, 
  othercol VARCHAR(10) NOT NULL
);

Luego intente ejecutar el siguiente código para intentar agregar una clave externa que apunte desde T3FK.col1 a T3.col1:

ALTER TABLE dbo.T3FK ADD CONSTRAINT FK_T3_T3FK
  FOREIGN KEY(col1) REFERENCES dbo.T3(col1);

Este intento falla con el siguiente error:

Mensaje 1750, nivel 16, estado 1
No se pudo crear la restricción o el índice. Ver errores anteriores.

En este punto, suelte el índice filtrado existente para la limpieza:

DROP INDEX idx_col1_notnull ON dbo.T3;

No descarte la tabla T3FK, ya que la usará en ejemplos posteriores.

El otro problema con la solución de índice filtrado, suponiendo que no necesita una clave externa, es que no funciona cuando necesita aplicar la funcionalidad de restricción única estándar en varias columnas, por ejemplo, en la combinación (col1, col2) . Recuerde que la restricción única estándar no permite combinaciones duplicadas de valores que no sean NULL en las columnas únicas. Para implementar esta lógica con un índice filtrado, debe filtrar solo las filas en las que alguna de las columnas únicas no sea NULL. Dicho de otra manera, debe filtrar solo las filas que no tienen NULL en todas las columnas únicas. Desafortunadamente, los índices filtrados solo permiten expresiones muy simples. No admiten OR, NOT o manipulación en las columnas. Por lo tanto, actualmente no se admite ninguna de las siguientes definiciones de índice:

CREATE UNIQUE NONCLUSTERED INDEX idx_customunique ON dbo.T3(col1, col2)
  WHERE col1 IS NOT NULL OR col2 IS NOT NULL;
 
CREATE UNIQUE NONCLUSTERED INDEX idx_customunique ON dbo.T3(col1, col2)
  WHERE NOT (col1 IS NULL AND col2 IS NULL);
 
CREATE UNIQUE NONCLUSTERED INDEX idx_customunique ON dbo.T3(col1, col2)
  WHERE COALESCE(col1, col2) IS NOT NULL;

La solución en tal caso es crear una vista indexada basada en una consulta que devuelve col1 y col2 de T3 con una de las cláusulas WHERE anteriores, con un índice agrupado único en (col1, col2), así:

CREATE VIEW dbo.T3CustomUnique WITH SCHEMABINDING
AS
  SELECT col1, col2 FROM dbo.T3 WHERE col1 IS NOT NULL OR col2 IS NOT NULL;
GO
 
CREATE UNIQUE CLUSTERED INDEX idx_col1_col2 ON dbo.T3CustomUnique(col1, col2);
GO

Se le permitirá agregar varias filas con (NULL, NULL) en (col1, col2), pero no podrá agregar varias apariciones de combinaciones de valores que no sean NULL en (col1, col2), como (3 , NULL) o (NULL, 300) o (1, 100). Aún así, esta solución no admite una clave externa.

En este punto, ejecute el siguiente código para la limpieza:

DROP VIEW IF EXISTS dbo.T3CustomUnique;

Solución 2, usando clave sustituta y columna calculada

Las soluciones con el índice filtrado y la vista indexada son buenas siempre que no necesite admitir una clave externa. Pero, ¿qué sucede si necesita hacer cumplir la integridad referencial? Una opción es seguir usando el índice filtrado o la solución de vista indexada para hacer cumplir la unicidad y usar disparadores para hacer cumplir la integridad referencial. Sin embargo, esta opción es bastante cara.

Otra opción es usar una solución completamente diferente para la parte de unicidad que admite una clave externa. La solución consiste en agregar dos columnas a la tabla de referencia (T3 en nuestro caso). Una columna llamada id es una clave sustituta con una propiedad de identidad. Otra columna llamada flag es una columna calculada persistente que devuelve id cuando col1 es NULL y 0 cuando no es NULL. Luego aplica una restricción única en la combinación de col1 y flag. Aquí está el código para agregar las dos columnas y la restricción única:

ALTER TABLE dbo.T3
  ADD id INT NOT NULL IDENTITY,
      flag AS CASE WHEN col1 IS NULL THEN id ELSE 0 END PERSISTED,
      CONSTRAINT UNQ_T3_col1_flag UNIQUE(col1, flag);

Utilice el siguiente código para consultar T3:

SELECT * FROM dbo.T3;

Este código genera el siguiente resultado:

col1        col2        id          flag
----------- ----------- ----------- -----------
1           100         1           0
2           -1          2           0
NULL        -1          3           3
3           300         4           0
NULL        400         5           5

En cuanto a la tabla de referencia (T3FK en nuestro caso), agrega una columna calculada llamada bandera que siempre se establece en 0, y una clave externa definida en (col1, bandera) que apunta a las columnas únicas de T3 (col1, bandera), así :

ALTER TABLE dbo.T3FK
  ADD flag AS 0 PERSISTED,
      CONSTRAINT FK_T3_T3FK
        FOREIGN KEY(col1, flag) REFERENCES dbo.T3(col1, flag);

Probemos esta solución.

Intente agregar las siguientes filas:

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES
  (1, 100, 'A'),
  (2, -1, 'B'),
  (3, 300, 'C');

Estas filas se agregan con éxito, como deberían, ya que todas tienen filas de referencia correspondientes.

Consulta la tabla T3FK:

SELECT * FROM dbo.T3FK;

Obtienes el siguiente resultado:

id          col1        col2        othercol   flag
----------- ----------- ----------- ---------- -----------
1           1           100         A          0
2           2           -1          B          0
3           3           300         C          0

Intente agregar una fila que no tenga una fila correspondiente en la tabla a la que se hace referencia:

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES
  (4, 400, 'D');

El intento es rechazado, como debe ser, con el siguiente error:

Intente agregar una fila a T3FK con un NULL en col1:

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES
  (NULL, NULL, 'E');

Se considera que esta fila no está relacionada con ninguna fila en T3FK (relación opcional) y, de acuerdo con el estándar, debe permitirse independientemente de si existe un NULL en la tabla a la que se hace referencia en col1. T-SQL admite este escenario y la fila se agrega correctamente.

Consulta la tabla T3FK:

SELECT * FROM dbo.T3FK;

Este código genera el siguiente resultado:

id          col1        col2        othercol   flag
----------- ----------- ----------- ---------- -----------
1           1           100         A          0
2           2           -1          B          0
3           3           300         C          0
5           NULL        NULL        E          0

La solución funciona bien cuando necesita aplicar la funcionalidad de exclusividad estándar en una sola columna. Pero tiene un problema cuando necesita imponer la unicidad en varias columnas. Para demostrar el problema, primero suelte las tablas T3 y T3FK:

DROP TABLE IF EXISTS dbo.T3FK, dbo.T3;

Use el siguiente código para recrear T3 con una restricción única compuesta en (col1, col2, flag):

CREATE TABLE dbo.T3
(
  col1 INT NULL,
  col2 INT NULL,
  id INT NOT NULL IDENTITY,
  flag AS CASE WHEN col1 IS NULL AND col2 IS NULL THEN id ELSE 0 END PERSISTED,
  CONSTRAINT UNQ_T3 UNIQUE(col1, col2, flag)
);

Tenga en cuenta que el indicador se establece en id cuando tanto col1 como col2 son NULL y 0 en caso contrario.

La restricción única en sí misma funciona bien.

Ejecute el siguiente código para agregar algunas filas a T3, incluidas varias apariciones de (NULL, NULL) en (col1, col2):

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(1, 100),(1, 200),(NULL, NULL),(NULL, NULL);

Estas filas se agregaron con éxito como deberían.

Intente agregar dos ocurrencias de (1, NULL) en (col1, col2):

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(1, NULL),(1, NULL);

Este intento falla como debería con el siguiente error:

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(NULL, 100),(NULL, 100);

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(3, NULL),(NULL, 300);

SELECT * FROM dbo.T3;

col1        col2        id          flag
----------- ----------- ----------- -----------
1           100         1           0
1           200         2           0
NULL        NULL        3           3
NULL        NULL        4           4
3           NULL        9           0
NULL        300         10          0

CREATE TABLE dbo.T3FK
(
  id INT NOT NULL IDENTITY CONSTRAINT PK_T3FK PRIMARY KEY,
  col1 INT NULL, 
  col2 INT NULL, 
  othercol VARCHAR(10) NOT NULL,
  flag AS 0 PERSISTED,
  CONSTRAINT FK_T3_T3FK
    FOREIGN KEY(col1, col2, flag) REFERENCES dbo.T3(col1, col2, flag)
);

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES(5, NULL, 'A');

DROP TABLE IF EXISTS dbo.T3FK, dbo.T3;

CREATE TABLE dbo.T3
(
  col1 INT NULL,
  col2 INT NULL,
  id INT NOT NULL IDENTITY,
  unqpath AS CASE WHEN col1 IS NULL AND col2 IS NULL THEN CAST(id AS VARCHAR(10)) 
                  ELSE CONCAT(CAST(col1 AS VARCHAR(11)), '.', CAST(col2 AS VARCHAR(11)))
             END PERSISTED,
  CONSTRAINT UNQ_T3 UNIQUE(unqpath)
);

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(1, 100),(1, 200),(NULL, NULL),(NULL, NULL);

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(1, NULL),(1, NULL);

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(NULL, 100),(NULL, 100);

INSERT INTO dbo.T3(col1, col2) VALUES(3, NULL),(NULL, 300);

SELECT * FROM dbo.T3;

col1        col2        id          unqpath
----------- ----------- ----------- -----------------------
1           100         1           1.100
1           200         2           1.200
NULL        NULL        3           3
NULL        NULL        4           4
3           NULL        9           3.
NULL        300         10          .300

CREATE TABLE dbo.T3FK
(
  id INT NOT NULL IDENTITY CONSTRAINT PK_T3FK PRIMARY KEY,
  col1 INT NULL, 
  col2 INT NULL, 
  othercol VARCHAR(10) NOT NULL,
  unqpath AS CASE WHEN col1 IS NULL AND col2 IS NULL THEN NULL
                  ELSE CONCAT(CAST(col1 AS VARCHAR(11)), '.', CAST(col2 AS VARCHAR(11)))
             END PERSISTED,
  CONSTRAINT FK_T3_T3FK
    FOREIGN KEY(unqpath) REFERENCES dbo.T3(unqpath)
);

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES(5, NULL, 'A');

INSERT INTO dbo.T3FK(col1, col2, othercol) VALUES
  (1   , 100 , 'A'),
  (1   , 200 , 'B'),
  (3   , NULL, 'C'),
  (NULL, 300 , 'D'),
  (NULL, NULL, 'E'),
  (NULL, NULL, 'F');

SELECT * FROM dbo.T3FK;

id          col1        col2        othercol   unqpath
----------- ----------- ----------- ---------- -----------------------
2           1           100         A          1.100
3           1           200         B          1.200
4           3           NULL        C          3.
5           NULL        300         D          .300
6           NULL        NULL        E          NULL
7           NULL        NULL        F          NULL